他们缘何执着发展氢能

编译|杨玉科

编辑|Jane

出品|帮宁工作室（gbngzs）

尽管氢能一直被视为绿色交通下一个重大风口，但就目前来看，它似乎错失成为轻型汽车主要燃料的良机。

纯电动汽车已经成为大多数美国消费者的绿色汽车首选。比如特斯拉，去年仅加州就销售近18.7万辆，占据该州市场份额仅次于丰田燃油车。而同期，丰田汽车在全美仅销售2094辆Mirai氢燃料电池汽车。

目前市场上只有两种氢燃料电池选择——丰田Mirai和现代NEXO燃料电池。本田汽车从2024年开始销售氢燃料电池CR-V，拟取代2021年停产氢燃料本田Clarity。

相比之下，今年将有超过50款电动汽车上市或销售。这种巨大反差，势必影响氢燃料电池工程师招徕和资金投入。

波士顿咨询公司（Boston）汽车研究董事总经理布莱恩·科利（Brian Collie）认为，燃料电池轻型汽车时机已过。“专注很重要，现实是，汽车制造商只能在资源有限的环境中运营。”他说。

无论从何种维度观察，氢能目前都完败于电动汽车。

其一，据标普全球移动（S&P）数据，自2013年1月至今，美国电动乘用车注册近230万辆，燃料电池轻型汽车只有1.5万辆。

其二，美国能源部数据，美国只有55个公共加氢站，而联邦政府估计有近5.1万个公共电动汽车充电站，可提供超过13万个充电端口——这还不包括数千个家用充电桩。

其三，氢气昂贵，尤其是作为一种可持续燃料时。目前，绿色氢的生产成本约为每公斤4.40美元。普氏能源（Platts Analytics）数据显示，这一价格相当于每英里21.6美分的燃油成本。

丰田汽车通过为Mirai提供1.5万美元燃料卡来解决费用问题。

其四，与电动汽车车主使用公共充电桩时常遇到的问题一样，燃料电池司机也经常发现氢气站意外故障。不同之处在于，城市地区附近通常有其他电动汽车充电桩，但距离下一个氢气站可能很远。

▍氢燃料电池是补充而非取代

硬币的另一面，绿色氢燃料可以提供一种强大的脱碳替代方案，来吸引大量投资。

绿氢通过电解生产，过程清洁，但它只占氢生产总量很小部分。大多数氢气由甲烷或天然气产生，这个过程被称为蒸汽转化，不吸收温室气体。

现阶段，美国已有大量资源集中在降低绿色制氢成本上。2021年基础设施立法中，拜登（Joe Biden）政府拨出70亿美元用于4个区域氢枢纽，再拨出7.5亿美元用于加速清洁氢技术。

美国能源部“氢能攻关项目”制定了绿色氢降价目标，到2025年每公斤2美元，2030年每公斤1美元。

麦肯锡咨询公司气候技术高级合伙人贝恩德·海德（Bernd Heid）认为，绿色氢降价后，再加上人们对电网的担忧，氢能或成为乘用车的选择之一。

“我们每使用一吨氢气，成本就会降低一些。当成本足够便宜时，将会有大规模的氢基础设施建设，当然主要用于卡车，也可用于汽车。”

海德预计，向电动汽车大规模转型将使电力基础设施成为瓶颈，采取电动汽车和氢燃料汽车混合方式，最终比电动汽车更便宜。

氢燃料非常适合重型卡车。

对长途8级卡车而言，笨重的电池占据太多重量，降低了负载。此外，长时间充电也削弱了灵活运输货物的能力。一辆氢燃料汽车加氢所需时间与一辆柴油卡车加油差不多。

丰田汽车通过与美国肯沃斯载重车公司合作，研发一款8级燃料电池卡车，且已在南加州投入使用。戴姆勒卡车集团和沃尔沃卡车也在合作开发一种燃料电池动力系统。其他氢燃料卡车开发商包括现代汽车集团和尼古拉公司。

卡车运输的一个特点是——需要更少的燃料补充站。一个氢站网络，散布在主要卡车运输路线上，将使长途货运行业使用燃料电池成为现实。

但丰田汽车、本田汽车和现代汽车集团仍然相信，燃料电池在轻型汽车的作用，并坚持向前推进。

长期以来，日本和韩国一直支持氢基础设施发展。丰田汽车和本田汽车已经花了30年时间来开发燃料电池技术。

氢能CR-V设计有助于本田汽车建立对该技术的信心。这款车包括一个插电选项，允许充电。

“电力可以满足日常使用，可提供方便的夜间充电。”美国本田能源业务开发部主管瑞恩·哈蒂（Ryan Harty）说，“氢气提供了额外的长续航，使客户能在公共燃料站快速补充燃料。”

本田汽车的混合动力策略突显出与丰田汽车的共同理念——氢燃料电池将补充并增强电动汽车，而不是取代电动汽车。

丰田北美研发部燃料电池集团高级工程经理杰基·索尔（Jackie Birdsall）说：“氢能还有一种非常特殊的使用场景。”

对那些没有自己的房子，住在暖气和空气都成问题的城市公寓楼里，还要兼顾孩子和工作，又没有豪华充电桩的人来说，这款车可能是一个不错的选择。

即使氢燃料汽车需要数年时间才能进入美国，丰田汽车、本田汽车和其他汽车制造商已经为通用设计建立了全球标准，从而大大降低了市场准入壁垒。

但即使是氢燃料爱好者也承认，氢燃料电池轻型汽车仍然是未来解决方案。海德估计，广泛的商业化至少需要几十年时间，部分原因在于网络容量的挑战。

毕马威负责全国汽车行业研究的加里·西尔伯格（Gary Silberg）认为，电动汽车和氢燃料电池技术都在发展，破坏任何一种技术的进一步研究都是短视行为。

“我们投资电动汽车和基础设施是正确的，这很重要，但氢能在这个故事中也很重要。”西尔伯格看好氢能长期前景，“把所有鸡蛋都放到一个篮子里是鲁莽的。”

▍丰田的首要任务

丰田汽车新任首席执行官佐藤恒治（Koji Sato）表示，尽管他会加倍关注电动汽车，但氢燃料将是碳中和战略的首要任务。

在佐藤恒治领导下，到2030年，丰田汽车重点要扩大氢基础设施和使用未来燃料的行业。

今年3月18日，佐藤恒治在日本超级耐力赛场外说：“我们希望确保氢燃料仍然是一个可行的选择。”在这场比赛中，丰田汽车计划推出一款氢动力赛车。“我们需要一个生产和运输供应链，除非我们看到这些领域的发展，否则不能指望氢能使用量会增加。”

佐藤恒治将于4月1日接任丰田汽车社长。这家全球最大汽车制造商“必须彻底改变”经营方式，采取“电动汽车优先”心态。目前，该公司致力于为2026年开发一个新专用电动汽车平台，以提供成本更低、性能更好的电动汽车。

丰田汽车预计到2030年，在全球销售350万辆电动汽车。与其在纯电动汽车领域的大胆进取相比，丰田汽车在谈论氢动力汽车时相对谨慎。

该公司凭借Mirai水蒸汽氢动力汽车引领燃料电池技术发展，但它没有制定具体销售目标。“我们目前没有非常具体的业务目标。”佐藤恒治说。

当丰田汽车2020年发布第二代Mirai燃料电池轿车时，将产能提高到每年3万辆，比第一代增加了10倍。但自2014年12月销售以来，第一代和第二代Mirai共售出21700辆。

日本政府宣布，到2025年，日本道路上的燃料电池汽车将达到20万辆，2030年将达到80万辆。丰田汽车表示，日本约有160个加氢站，预计到2025年攀升至320个，2030年达到900个。

丰田汽车在实现碳中和多管齐下方法中，氢能将发挥关键作用。“我们正全力以赴，重要的是保持灵活性，根据不同市场的不同碳中和需求定制产品和能源。”

佐藤恒治认为，把更多合作伙伴带到谈判桌上，建立一个制造、运输和使用氢能的网络尤其重要。

为此，在周末的耐力赛中，佐藤恒治与液氢运输船制造商川崎重工（Kawasaki），以及制造氢气并运营燃料网络的日本公司岩谷产业（Iwatani）总裁一起上台。

尽管丰田汽车正在努力测试和开发氢燃料赛车，但川崎重工总裁桥本靖彥（Yasuhiko Hashimoto）预计，氢能技术将在重型卡车、公共汽车、建筑设备、火车、飞机和固定式发电机上产生最大影响。

川崎重工正在研制一种新的液化氢运输船，运力将是目前运输船的128倍。其目标是，到2030年，将氢气价格降至每立方米30美分左右。“氢能是未来不可或缺的能源。”桥本靖彥说。

佐藤恒治理认为，所有工业部门都应尽其所能，这很重要。丰田汽车将率先向基础设施和物流等领域投资，“这并不是说丰田汽车会在这些投资上起到积极的带头作用。”

▍还有很长的路要走

3月19日，在日本西部铃鹿赛道举行的五小时耐力赛上，丰田汽车原计划展示一款新型液化氢碳中和内燃机GR花冠（参数丨图片），但这一计划因意外事故而破灭。

这辆经过改装的花冠赛车在测试期间因氢燃料管道泄漏起火。

丰田汽车解释道，3月8日的事故中无人受伤，紧急故障保护启动后，司机设法逃离了车辆。但技术人员无法让这辆车在日本超级耐力赛上实现首次亮相。

丰田汽车社长丰田章男（Akio Toyoda）原计划亲自参与这次比赛，作为推动清洁氢燃烧技术宣传的一部分。自2021年以来，他一直在用氢燃料发动机赛车。

2023年赛季中，丰田汽车计划通过使用液化氢来引入一项新技术。前两个赛季，丰田汽车使用的是压缩氢气。参赛的丰田汽车在内燃机中燃烧氢气，就像汽油车燃烧汽油一样。

它们不像Mirai轿车那样，通过氢气补充燃料电池发电。液氢是一种难以处理的燃料，有时会成为火箭中的祸害。去年秋天，美国国家航空航天局（NASA）试图为阿尔忒弥斯一号（Artemis I）任务发射一枚巨大的月球火箭，但因液氢泄漏而推迟。

丰田汽车高管表示，火灾发生在富士国际赛道（Fuji International Speedway）的一次私人试车期间，与该车采用氢燃料而非汽油无关，事故原因是车辆振动导致管道接头松动所致。

丰田Gazoo赛车公司总裁Tomoya Takahashi这样解释道：“氢气不是导致问题的原因，更确切地说，这是因为我们对设计工作考虑不足，我们使用的任何燃料都可能泄漏并起火。”

尽管遭遇挫折，丰田章男还是命令团队继续研究液氢燃烧技术。丰田汽车希望这辆车能在5月底的下一次耐力系列比赛中做好准备。未来这场比赛将在富士赛道进行24小时。

丰田章男显然不会让这一事件阻止他参赛。“他将继续驾驶这辆车，因为他决心展示氢的安全性。”Tomoya Takahashi说。

当地媒体报道，泄漏发生在发动机附近，氢气因高温而引燃。故障安全泄漏传感器随后自动关闭氢气供应，防止火势扩大。

管道接头松动的部分原因可能是，液氢传动系统比气态氢系统重约300公斤（661磅），加剧了振动幅度，大约100公斤（220磅）重量由于额外的安全设备。Tomoya Takahashi说，丰田汽车正在寻找根本原因，并采取补救措施。

相对于高压气态氢和传统汽油，液化氢具有很大优势，因为后者能量密度更高。举例来说，同等重量下，液氢所含能量大约是汽油的3倍。

该技术也有可能比气态氢更简单、更便宜。液化氢必须冷却到-253摄氏度，但它可以储存在一个相对简单、绝缘、真空密封的类似保温瓶的缸体内。

气态氢则必须储存在由昂贵的碳纤维制成的高压储罐中。液态氢只需一个大储气罐，而气态氢则需要4个独立储气罐。

同等场景下，液氢在满箱情况下可以行驶20圈，而气态氢只能行驶12圈。使用液化氢还可以建造更密集的氢气加气站，因为它不需要特殊设施来提高压力。

丰田汽车希望研发氢燃烧技术，以便有可能引入量产汽车。但是显然，距离这一阶段还有很长的路要走，丰田汽车甚至没有给出一个时间表。

今年2月，当最新一代氢能花冠在富士赛车场进行试车时，丰田汽车称这是世界上第一款以液氢燃料为燃料的赛车。

Tomoya Takahashi说，丰田汽车在赛车压力下测试新技术，以尽早根除潜在问题并加快开发。从这个意义，火灾也是“因祸得福”。

“这不是意外，也不是什么严重问题。”Tomoya Takahashi说，“这是积极的。我们发现了以前不为人知的东西，我们正在反复测试以确定问题。”

（本文部分内容综合Automotive News报道，部分图片来自网络）